用于加工板状或管状工件的方法与流程

1.本发明基于制造金属工件部分的技术领域，并且涉及借助加工射束加 工板状或管状工件的方法，在该方法中对工件进行分离加工，用于产生切 割缝隙以及对工件进行非分离并同时非接合的改型，用于产生倒圆区、倒 角区或沉头区。


背景技术：

2.在商业中可用的激光切割设备能够实现大件数且高精度地自动化制造 工件部分。在此将工件部分借助激光束从金属工件沿着切割线切下，该切 割线相应于工件部分的轮廓。附加地可以通过激光束沿着圆形切割线的运 动将孔、即具有小直径的部分高速地引入到要切下的工件部分中。
3.根据经切下的工件部分的应用，工件部分可能需要费事的机械再加工。 因此可以期望的是，将尖锐的切割棱边倒圆或设有倒角或沉头部。孔(在 该孔中在随后使用工件部分时应布置有埋头螺栓)通常借助钻孔机进行切 削地再加工，以便成形出用于接收埋头螺栓的头的倒角或沉头部。
4.原则上，后置的机械加工在时间上并且大多也在人力方面是非常费事 的，尤其经常手工地进行。此外，这样的再加工是成本密集的，使得工件 部分的制造以不希望的方式延长和变昂贵。这尤其涉及用于产生倒角或沉 头部的孔的切削再加工，这是非常耗费时间的。


技术实现要素：

5.相比之下，本发明的任务在于，如此扩展借助加工射束加工板状或管 状工件的传统方法，使得可以通过自动化方式更快速、成本更低且高质量 地实现制造具有倒圆的切割棱边、在切割棱边上具有倒角或沉头部的工件 部分。
6.该任务通过一种用于借助加工射束加工板状或管状工件的方法来解 决，该加工射束包括激光束和用于驱除(austrieb)熔化的工件材料的工艺 气体。
7.在本发明的意义上，术语“工件”表示板状或管状的、典型地是金属 的构件，由该构件能够制造至少一个工件部分(合格件)。板状工件典型地 是平面的或平坦的。优选地，工件包含钢、尤其是结构钢或不锈钢或者包 含铝，或者由它们构成。例如，工件包含非合金的结构钢，或者由非合金 的结构钢构成。优选地，非合金的结构钢是s235、s275、s355、s460、s185、 s295、e355、e360、特别优选地是s235，如其在商业上是可供使用的(例 如esb：european steel business group)。特别优选地，用于工件的材料是 铬-镍-钢。优选地，工件具有3mm至60mm的材料厚度。
8.加工射束由切割头引导并且在末端的切割喷嘴处射出。激光束如通常 那样以聚焦的、具有中心射束轴线(对称轴线)的旋转对称的射束锥构造。 射束直径表示射束的横向扩展尺度或者射束垂直于传播方向的物理大小。 在聚焦时激光束通过聚焦透镜或聚焦镜束集。激光束的焦点通过这样的位 置限定，在该位置处激光束具有其最小的横截面或最小
的射束直径。焦距 说明了透镜主平面(或镜主平面)与理想地聚焦的平行射束的焦点的距离。 焦距越小，则激光束越强地被聚焦并且焦点直径越小，且反之亦然。
9.切割头也用于引导工艺气体，该工艺气体典型地、但非强制地从同一 切割喷嘴发出并且优选地与激光束同轴地引导。工艺气体典型地，但非强 制地以到达工件上的气体锥的形式构造。
10.工件以工件下侧承放在工件支架上。在工件上侧上，工件具有(上侧 的)工件表面。在板状工件的情况下，工件表面是平面的。如果没有其它 应用，在此并且此外，“工件表面”理解为加工射束到达的上侧的工件表面。 相对的工件表面是工件下侧，工件通常以该工件下侧承放在底座 (unterlage)上。
11.用于引导激光束和工艺气体的切割头可以相对于工件在典型地水平的 平面中平行于工件表面的平面以及沿与之垂直的、典型地竖直的方向运动。
12.在本发明描述中，参照系对于工件总是静止的，从而切割头视为运动 的，而工件视为静止的。然而，局部地考虑不重要的是，是切割头还是工 件运动或两者都运动。对此同样可以是，替代于运动的切割头，工件也运 动，或不但使切割头运动而且使工件运动。
13.激光束的能量与激光源的具体设计有关并且典型地以焦耳(j)给定。 激光束的功率(即单位时间的能量)(典型地以焦耳/秒(j/s)或w(w) 测量)描述连续波激光器(cw)的光学输出功率或脉冲激光器的平均功率。 脉冲激光器也通过其脉冲能量表征，该脉冲能量直接与激光器的平均功率 成正比并且与激光器的重复率成反比。“能量密度”表示激光束的涉及工件 的被照射面的能量。能量密度例如测定为j/mm2。
14.除能量密度外，对于工件的激光加工还重要的是，激光加工头或激光 束的移动速度，即如下时间：工件的确定面被激光束照射多长时间。通常 是，为此使用术语“单位长度能(streckenenergie)”。这是激光加工头或激 光束的每单位速度由工件吸收的激光束功率，例如以watt/(mm/s)测定。 如果将激光束的功率watt(w)说明为焦耳/秒(j/s)，则单位长度能因此测 定为j/mm。
15.因此，在激光加工中重要的是激光束的单位长度能，其中，由工件吸 收的能量与能量密度有关。由工件吸收的能量在激光束的确定的功率情况 下与在工件上的射束斑点的大小有关、相应地与在激光束到达工件上的位 置处的射束直径有关。激光束在工件上的射束直径通过焦点位置得出，即 激光束的焦点相对于工件(垂直的最短间距)、尤其相对于工件表面(激光 束对准该工件表面)或相对于工件支架的位置。如果工件位于射束锥的扩 散区域中(焦点在激光束到达的工件表面上方)，则可以通过增大焦点与工 件之间的间距而使在工件上的射束直径增大，且反之亦然。因此可以通过 在工件上的射束直径变化、通过改变焦点位置而有针对性地改变激光束的 能量密度并且从而改变由工件吸收的能量，该能量进入单位长度能。射束 直径越大，则由工件吸收的能量越小，且反之亦然。在激光的情况下，在 焦点外的射束强度关于横截面是变化的。理想地，功率强度是高斯曲线 (gauβ-profil)。在任何情况下，能量密度朝向边缘较小，尤其在焦点之外。
16.单位长度能也与激光束的速度有关，即激光加工头或切割喷嘴的移动 速度也称为“进给速度”。该进给速度越大，则工件的确定面被照射得越短， 且反之亦然。因此，随着进给速度的增大而激光束的单位长度能减小，且 反之亦然。当然，能量密度和从而单位长度能也可以通过激光束自身的功 率变化而改变。也可以通过改变在加工中所使用的工艺
气体的类型和/或组 成而改变引入到工件中的能量。
17.根据本发明，在包括两个步骤的方法中通过对准工件表面的加工射束 (即激光束和工艺气体)加工板状或管状的工件。在第一加工步骤中，以 沿着切割线引导的第一加工射束加工工件，由此在工件上产生贯穿工件厚 度的切割缝隙，该切割缝隙在其长度上沿着切割线延伸且在其宽度上通过 工件中的两个切割棱边限界。在第二加工步骤中，以第二加工射束加工工 件，该第二加工射束沿着与两个切割棱边之一平行地错开延伸的再加工线 或再加工区被引导，由此在工件上在该切割棱边的区域中产生倒圆区、倒 角区或沉头区。为了简单的参照和区分，在第一加工步骤中所使用的加工 射束称为“第一加工射束”，而在第二加工步骤中所使用的加工射束称为“第 二加工射束”。激光束与对准切割缝(schnittfuge)的工艺气体共同作用。
18.根据本发明的方法因此包括两个方法步骤。在第一加工步骤中，在分 离模式下使用第一加工射束，在第二加工步骤中，在非分离模式下使用第 二加工射束。在切割模式下，激光束在工件上的单位长度能或者引入到工 件中的能量如此大，使得加工射束切割(分离)地加工工件，从而穿透工 件，以便产生切割缝隙。在非切割模式下，激光束在工件上的单位长度能 或者引入到工件中的能量如此小，使得非切割(非分离)地加工工件，从 而不穿透工件，由此产生倒圆区、倒角区或沉头区。
19.优选地，第一加工射束在第一加工步骤中以及第二加工射束在第二加 工步骤中始终垂直于工件表面定向。
20.在激光加工中所使用的工艺气体用于将熔化的工件材料或熔融物通过 切割缝隙驱除。在产生倒圆区、倒角区或沉头区时也需要的是，不但以激 光束而且以工艺气体作用到工件上，以便将形成的熔融物或残渣导出。
21.在根据本发明的方法中，第一加工射束比第二加工射束在工件表面上 形成更小的射束直径。由此，加工射束可以以简单和快速的方式在分离模 式下用于产生切割缝隙或者在非分离模式下用于产生倒角或倒圆。
22.优选地，第一加工射束在工件表面上的射束直径为第二加工射束在工 件表面上的射束直径的小于50％、小于40％、小于30％、小于20％、小于 10％或甚至小于1％。在当前常用的激光切割机中，在工件上的射束直径 在分离加工时典型地为1/10至5/10mm。为了通过加工射束产生倒圆区、倒 角区或沉头区，在工件上的射束直径优选地为至少1.5mm并且例如位于3 至25mm的范围中。
23.根据本发明的方法的一个有利构型，加工射束在达到工件表面上之前 被切割喷嘴引导，其中，切割喷嘴在第一加工步骤中比在第二加工步骤中 具有与工件表面更小的间距。优选地，通过改变切割喷嘴与工件表面的垂 直距离来改变在工件上的射束直径。特别有利地，仅通过改变切割喷嘴与 工件表面的垂直距离来改变在工件上的射束直径。有利地，在第一加工步 骤中，切割喷嘴与工件表面的间距为最大5mm，而在第二加工步骤中为至 少15mm、尤其至少30mm。有利地，在第二加工步骤中，激光束的焦点位 于工件表面上或在工件表面上方。优选地，通过改变切割头或切割喷嘴在 工件上方的高度来改变激光束相对于工件的焦点位置，即切割头以垂直于 工件表面的运动分量典型地沿竖直方向移动。
24.根据本发明的方法的一个有利构型，加工射束在达到工件表面上之前 被切割喷嘴引导，其中，第二加工射束的激光束的焦点位于切割喷嘴内、 尤其在喷嘴开口上方3至
5mm的区域中，激光束在喷嘴开口处射出。如果 第一加工射束的工艺气体作为基本的组成部分包含氧气，则有利的是，第 一加工射束的激光束的焦点位于切割喷嘴内、尤其在喷嘴开口上方1至 6mm的区域中。如果第一加工射束的工艺气体作为基本的组成部分包含氮 气，则有利的是，第一加工射束的激光束的焦点位于切割喷嘴外、尤其在 喷嘴开口下方0至10mm的区域中。通过该措施可以有效地且高度精确地 制造切割缝隙和倒圆区、倒角区或沉头区。
25.根据本发明的方法的一个有利构型，加工射束在达到工件表面上之前 被切割喷嘴引导，其中，第二加工射束的激光束的焦点位于工件表面上方 30至40mm的区域中。如果第一加工射束的工艺气体作为基本的组成部分 包含氧气，则有利的是，第一加工射束的激光束的焦点位于工件表面上方2 至7mm的区域中。如果第一加工射束的工艺气体作为基本的组成部分包含 氮气，则有利的是，第一加工射束的激光束的焦点位于工件表面上或工件 中、尤其在工件表面下方0至8mm。通过该措施可以有效地且高度精确地 制造切割缝隙和倒圆区、倒角区或沉头区。
26.根据本发明的方法的一个有利构型，第一加工射束包括与第二加工射 束不同的工艺气体。在本发明的意义上，如果在第一加工射束中的工艺气 体与在第二加工射束中的工艺气体在所使用的气体类型和/或组成和/或在 气压方面不同，则尤其存在另一种工艺气体。通过该措施可以实现一些列 重要优点，其中尤其是将加工射束在切割和非切割模式下使用，用于加工 工件。
27.在根据本发明的方法的一个有利构型中，第一加工射束的工艺气体作 为基本的组成部分(主要组成部分)包括氮气(n2)或氧气(o2)或由氮 气(n2)和氧气(o2)的混合气体，其中，在后者情况下混合气体本身构 成工艺气体的主要组成部分。第二加工射束的工艺气体作为基本的组成部 分(主要组成部分)包括氧气(o2)或氮气(n2)或由氮气(n2)和氧气 (o2)的混合气体，其中，在后者情况下混合气体本身构成工艺气体的主 要组成部分。优选地，第一加工射束的工艺气体作为基本的组成部分包括 氧气或氮气。优选地，第二加工射束的工艺气体作为基本的组成部分包括 氧气或氮气。例如，第一加工射束的工艺气体作为基本的组成部分包括氮 气，而第二加工射束的工艺气体作为基本的组成部分包括氧气。
28.在本发明的意义上，“基本的组成部分”理解为相应气体在工艺气体中 超过50％、尤其超过75％、或甚至超过90％的成分。工艺气体可以尤其完 全由构成主要组成部分的相应气体组成。类似地也适用，主要组成部分是 由氧气和氮气的混合气体。
29.特别有利地，为了加工由结构钢构成的工件，在第二加工射束中使用 氧气作为工艺气体的基本的组成部分。由此可以使形成的熔融物有利地在 切割缝隙中完全氧化并且因此可以容易由从工件除去。第一加工射束中的 工艺气体可以作为基本的组成部分具有氧气或氮气或者由氧气和氮气的混 合气体。优选地，第一加工射束中的工艺气体作为基本的组成部分具有氧 气或氮气。
30.在加工由不锈钢或铝构成的工件时，在第二加工射束中有利地使用氮 气作为工艺气体的基本的组成部分。氮气是惰性气体且成本有利地可供使 用。第一加工射束中的工艺气体可以作为基本的组成部分具有氧气或氮气 或者由氧气和氮气的混合气体。优选地，第一加工射束中的工艺气体作为 基本的组成部分具有氮气。
31.有利地，第二加工射束中的工艺气体的气压相比于第一加工射束中的 工艺气体
的气压尤其根据工件的材料厚度和/或倒圆区、倒角区或沉头区的 设计尺寸来改变。特别有利地，第二加工射束的工艺气体比第一加工射束 的工艺气体加载以更小的气压。通过该措施，有利地实现工艺气体不太集 中地、“更柔软”地作用到工件表面上，从而可以避免在工件表面上过强的 材料飞溅(materialspritzer)。优选地，第二加工射束中的工艺气体的气压为 小于7bar，由此，一方面实现熔融物的良好导出，另一方面可以可靠和安 全地避免材料飞溅。所述气压(储罐压力)在切割头内在工艺气体从切割 喷嘴射出之前适用。
32.有利地，如果第二加工射束的工艺气体作为基本的组成部分包含氧气， 则对该工艺气体加载以在2bar至4bar的范围中的气压。该气压特别有利地 结合具有0.8mm-1.4mm的喷嘴直径的切割喷嘴。有利地，如果第二加工射 束的工艺气体作为基本的组成部分包含氮气，则对该工艺气体加载以在 0.3bar至1bar的范围中的气压。该气压特别有利地结合具有至少2.7mm、 尤其正好2.7mm的喷嘴直径的切割喷嘴。
33.在根据本发明的方法中，加工射束在分离或非分离模式下使用。有利 地，第二加工射束中的激光束的激光功率相对于第一加工射束中的激光束 的激光功率尤其根据工件的材料厚度和/或倒圆区、倒角区或沉头区的设计 尺寸改变。倒圆区、倒角区或沉头区的设计尺寸越大，则典型地激光功率 越大。工件的材料厚度越大，则典型地激光功率越大。
34.优选地，第二加工射束中的激光束的激光功率小于第一加工射束中的 激光束的激光功率，其中，特别优选地，第二加工射束中的激光束的激光 功率最大为4kw、尤其小于4kw、例如小于3.5kw。有利地，在第一加工 射束中的激光束的激光功率位于1kw至40kw的范围中，而在第二加工射 束中位于0.5kw至4kw的范围中。由此可以在切割或非切割模式下有针对 性地调整用于加工射束所使用的激光束的单位长度能。例如在第二加工步 骤中，(平均)激光功率为小于3.5kw，和/或激光束的焦点直径为至少 150μm，和/或进给速度为至少1m/min。激光束的焦点越接近工件，则在第 二加工步骤中应选择越大的焦点直径。优选地，焦点直径在工件表面上焦 点位置的情况下为大于250μm。
35.例如，激光束的激光功率在具有包含氧气或氮气作为基本的组成部分 的工艺气体的第一加工射束中位于1kw至40kw的范围中。例如，激光功 率在结构钢作为用于工件的材料的情况下在直至12mm的板材厚度以及氧 气作为工艺气体时为最大4kw，在大于12mm的板材厚度时为最大10kw。 在使用氮气作为工艺气体的情况下，可以使用设备技术上最大可能的激光 功率。
36.在根据本发明的方法的一个有利构型中，加工射束在到达工件表面上 之前被具有喷嘴直径的切割喷嘴引导，其中，对于第一和第二加工射束使 用相同的喷嘴直径、尤其是同一切割喷嘴。通过该措施可以实现特别简单 的方法实施。此外，可以降低对于执行根据本发明的方法的成本。
37.根据本发明的方法的一个有利构型，为了产生切割缝隙，将第一加工 射束沿着切割线仅引导一次；以及为了产生倒圆区、倒角区或沉头区，将 第二加工射束沿着再加工线或再加工区多次地引导。这一方面能够有效地 产生切割缝隙并且另一方面可靠地形成倒圆区、倒角区或沉头区。优选地， 第二加工射束中的激光束的激光功率在沿着再加工线或区的最后引导中比 在沿着再加工线或区的至少一次在前的引导中更小，尤其减小一半激光功 率。原则上适用的是，使用切割头或切割喷嘴越多地移过则 需要越小的激光功率。
38.激光束在工件上的单位长度能或引入到工件中的能量可以通过改变激 光束的能量或功率和/或改变切割头的进给速度和/或激光束的聚焦/离焦来 改变，即通过改变在工件表面上的射束直径、尤其通过焦点位置相对于工 件的变化和/或通过改变在加工时所使用的工艺气体来改变。
39.优选地，激光束在工件上的单位长度能的变化通过焦点位置相对于工 件的变化实现，这优选地通过切割头在面向切割头的工件表面上的高度的 变化引起，即切割头以垂直于工件表面的运动分量典型地沿竖直方向移动。
40.根据本发明的方法的一个有利构型，第一加工射束比第二加工射束在 工件表面上形成更小的射束直径。有利地，切割喷嘴在第一加工步骤中比 在第二加工步骤中具有与工件表面更小的间距。优选地，第一加工射束在 工件表面上的射束直径为第二加工射束在工件表面上的射束直径的小于50％、小于40％、小于30％、小于20％、小于10％或甚至小于1％。在当 前常用的激光切割机中，在工件上的射束直径在分离加工时典型地为1/10 至5/10mm。为了通过加工射束产生倒圆区、倒角区或沉头区，在工件上的 射束直径优选地为至少1.5mm并且例如位于3至25mm的范围中。
41.优选地，在工件上的射束直径通过改变切割喷嘴与工件表面的垂直间 距而改变。特别有利地，工件上的射束直径仅通过改变切割喷嘴与工件表 面的垂直间距而改变。有利地，在第一加工步骤中，切割喷嘴与工件表面 的间距为最大5mm，而在第二加工步骤下为至少15mm、尤其至少30mm。 有利地，在第二加工步骤中，激光束的焦点位于工件表面上或工件表面上 方。优选地，激光束的焦点位置相对于工件的变化通过改变切割头或切割 喷嘴在工件上的高度实现，即切割头以与工件表面垂直的运动分量典型地 沿竖直方向移动。
42.根据本发明的方法的一个有利构型，单位面积和单位时间到工件中的 能量输入在第一加工步骤中大于在第二加工步骤中。
43.根据本发明的方法的一个有利构型，借助第一加工步骤，在形成工件 部分和剩余格栅的情况下，从工件切下工件部分(合格件)，其中，工件部 分的外轮廓通过切割线确定。两个切割棱边中的一个是工件部分侧的切割 棱边，而两个切割棱边中的另一个是剩余格栅侧的切割棱边。借助第二加 工步骤加工工件部分侧的切割棱边。通过该措施可以使工件部分(合格件) 以特别简单和有效的方式通过加工射束设有倒圆区、倒角区或沉头区。
44.特别有利的是，为了形成切割缝隙，将第一加工射束在沿着工件表面 的引导时至少一次、尤其多次地关断并然后又接通，由此切割线形成多个 切割线区段，使得在两个相邻的切割线区段之间分别布置有接片，工件部 分与剩余格栅通过该接片保持相互连接。与剩余工件连接的工件部分是工 件的还固定的组成部分，其中，该连接在本发明的意义上是足够刚性的， 从而有利地在产生倒圆区、倒角区或沉头区时不会出现部分切下的工件部 分相对于剩余工件的位置变化，或者在此可能出现的位置变化是可忽略不 计地小并且不会导致应考虑结果的变化。对于在工件部分上产生倒圆区、 倒角区或沉头区有利的是，工件部分与剩余工件连接，即在切割缝隙的两 侧还存在工件材料。以这种方式一方面工件部分固定在其位置上并且不能 滑动或倾斜，使得激光束可以在产生倒圆区、倒角区或沉头区时相对于切 割棱边精确地定位。此外，在产生倒圆区、倒角区或沉头区时形成的熔融 物流到切割缝隙中并且由此(尤其在使用氧气作为工艺气体的情况下)可 以比从工件的上侧更简单地除去。
45.因此在该构型中仅如此实施倒圆区、倒角区或沉头区的产生，只要工 件部分与剩余工件通过一个或多个接片、尤其是微接头或纳米接头连接。 在本发明的意义上，“接片”理解为在工件部分与剩余工件之间由工件材料 构成的、沿着切割线延伸的连接，其中，接片中断了切割缝隙。“微接头
”ꢀ
是沿着切割线的、具有较小尺寸的接片，其根据本发明优选地在1/10至2mm 的范围中、特别优选地在1/10至1mm的范围中。在术语的通常使用中，微 接头具有如下高度，该高度相应于工件的高度或厚度(即垂直于工件表面 的尺寸)。“纳米接头”是微接头，其高度关于工件的厚度减小，其中，纳 米接头的高度根据本发明优选地最大为工件厚度的一半。微接头和纳米接 头对于本领域技术人员而言由通过激光加工制造板材工件部分的实践以及 由专利文献是众所周知的，使得在此无需对此进一步论述。仅补充地，关 于纳米接头例如参考国际专利申请wo 2019025327 a2。
46.为了能够由剩余工件移除工件部分，必须形成闭合的切割缝隙。根据 本发明的该构型，仅在工件部分侧的切割棱边上产生倒圆区、倒角区或沉 头区之后设置形成闭合的切割缝隙。闭合的切割缝隙的产生可以借助加工 射束在分离模式下实现，其中，切断一个或多个接片、尤其是一个或多个 微接头或纳米接头，借助这些接片工件部分还与剩余工件连接。工件部分 在此由剩余工件分离。根据一个构型，根据本发明的方法包括如下步骤， 在该步骤中，将工件部分借助加工射束在分离模式下由剩余工件切下。
47.工件部分也可以在没有加工射束的情况下由剩余工件分离，其中，机 械地切断一个或多个接片，借助这些接片工件部分还与剩余工件连接。这 例如可以通过切削加工或切割加工(非加工射束)或者简单地通过将工件 部分由剩余工件折断(herausbrechen)实现。对于本领域技术人员而言， 尤其用于切断微接头或纳米接头的专业常用措施是众所周知的，使得在此 不必对此进一步论述。因此，根据本发明也尤其包括如下情况：借助加工 射束产生切割缝隙的唯一区段，其中，工件部分还通过唯一接片、尤其是 微接头或纳米接头与剩余工件连接，其中，该接片不是通过加工射束分离， 而是通过其它方式机械地切断。根据一个构型，根据本发明的方法包括如 下步骤，在该步骤中，工件部分与剩余工件不通过加工射束、而是通过一 个或多个接片的机械地切断、尤其通过切削加工或切割加工(非加工射束) 或者通过将工件部分由剩余工件折断而完全分离。
48.根据本发明的方法的一个有利构型，借助第一加工步骤，从工件在形 成废件和工件部分的情况下，由工件切出一孔形槽口，其中，废件的外轮 廓和在工件部分中的孔形槽口的内轮廓通过切割线预给定。两个切割棱边 中的一个是工件部分侧的切割棱边，而两个切割棱边中的另一个是废件侧 的切割棱边。借助第二加工步骤加工工件部分侧的切割棱边。因此，如果 废件已经由工件切下(即废件与剩余的工件不具有由工件材料构成的连 接)，则在工件部分(即在去除废件之后剩余的工件)的工件部分侧的切割 棱边上产生倒圆区、倒角区或沉头区。通过该措施，在废件为了产生工件 部分而已经由工件切除之后，可以使工件部分(合格件)以特别简单和有 效的方式通过加工射束设有倒圆区、倒角区或沉头区。
49.为了切割废件，将加工射束在切割模式下沿着圆形闭合的切割线引导， 由此产生圆形闭合的切割缝隙。在此从工件切下废件(中心料块(butzen))。 然而也可以是，通过加工射束分割中心料块。通过由工件除去中心料块， 在工件中产生横截面为圆形的孔(贯穿部)。在任何情况下，中心料块已经 由于其自重向下掉落，由此在工件中产生孔。优选地，孔
在由工件要切下 的工件部分的轮廓内产生。特别有利地，孔形槽口具有如下直径，该直径 等于或小于工件的工件厚度。如本发明的试验所示，通过根据本发明的方 法可以产生具有倒角或沉头部的特别小的孔，而不存在由于产生倒角或沉 头部而损坏相邻的孔的危险。这在应用斜切用于产生倒角或沉头部的情况 下是可能的。
50.沿着工件部分或废件的轮廓产生切割缝隙，即切割缝隙始终对于工件 部分或废件形成轮廓。相应地，术语“切割缝隙”在本发明的意义上不包 括切割缝隙的如下区段，该区段未形成轮廓且未沿着工件部分或废件的轮 廓延伸。例如经常远离轮廓地刺入到工件中并且使加工射束首先朝形成轮 廓的切割线远离地移动一段距离。
51.在根据本发明的方法中，为了在工件上产生倒圆区、倒角区或沉头区、 在切割棱边的区域中借助第二加工射束加工工件，将该第二加工射束沿着 再加工线或区引导，该再加工线或区与两个切割棱边之一平行地错开延伸。 根据一个构型，将加工射束始终直线地沿着两个切割棱边之一或与之平行 错开地引导。这能够特别快速地产生倒圆区、倒角区或沉头区。根据另一 构型，也可以使加工射束横向于两个切割棱边之一运动(次级运动)，只要 初级运动是沿着两个切割棱边之一或与之平行错开地引导。次级运动与初 级运动叠加。在这种情况下，加工射束的运动除沿着两个切割棱边之一或 与之平行地错开的运动分量外也具有横向于(即垂直于)两个切割棱边之 一的运动分量，使得由加工射束掠过工件的较大区域。例如，加工射束沿 着两个切割棱边之一或与之平行错开地实施回曲形的往复运动。在此，将 加工射束在其运动中沿着两个切割棱边之一或与之平行错开地多次在侧面 引导离开且相应地又引导回。
52.有利地，激光束的射束轴线不但在第一加工步骤中而且在第二加工步 骤中始终垂直于平面的工件支架定向，即射束轴线与工件支架之间的角为 90
°
。这带来控制技术上的优点。此外可以节省用于加工射束相对于工件支 架的平面的相应的可偏转性的技术实施成本。然而也可以考虑，在照射工 件时改变射束轴线，其中，射束轴线至少暂时相对于工件支架占据不同于 90
°
的角。激光束的定向可以通过切割头的可偏转性(机械地)和/或通过激 光束的可偏转性(光学地)实现。例如可以通过激光束的偏转在产生倒圆 区、倒角区或沉头区期间掠过工件的较大区域，这可以是有利的。
53.当然，本发明的上述构型可以单独地或以任意组合地使用，而不脱离 本发明的保护范围。
附图说明
54.现在根据各实施例详细地阐述本发明，其中参照附图。附图示出了：
55.图1用于执行根据本发明的方法的示例性激光加工设备的示意图；
56.图2-16用于加工工件的示例性的方法；
57.图17-18用于加工工件的示例性的方法；
58.图19-22激光束沿着再加工线的非直线运动的示例；
59.图23-27用于直观示出产生倒圆区、倒角区或沉头区的不同构型；
60.图28a-28c根据本发明的方法的一个构型，在所述方法中产生具有沉 头部或倒角的孔；
61.图29a-29d根据本发明的方法的另一构型，在所述方法中产生具有沉 头部或倒角
雾、残渣颗粒和小废件。
72.程序控制的控制装置12用于控制/调节根据本发明的用于在激光加工 设备1中激光加工工件9的方法。
73.此外描述本发明的方法的构型，其中由工件9切下工件部分11，其中， 工件9在还与剩余的工件(即剩余工件)连接的工件部分的工件部分侧的 切割棱边上经受改型，用于产生倒圆区、倒角区或沉头区。在此，在第一 加工步骤中产生切割缝隙的一个区段，而在至少一个第二加工步骤中通过 对工件的改型在切割缝隙的工件部分侧的切割棱边上产生倒圆区、倒角区 或沉头区。参照图2至16，其相应于以该顺序各自随后的方法状况。
74.首先看图2，其中示出切割线14(虚线)。切割线14是假想的线，其 相应于由工件9待制造的工件部分11的轮廓。该轮廓反映工件部分11的 外部形状。工件部分11应由未进一步示出的板状或管状工件9完全切下， 其中，保留剩余工件10。工件部分11在此例如具有带有圆形角部的矩形形 状，其中，工件部分11当然可以具有每个任意的形状。
75.在图3中示意地直观示出从切割头3发出的激光束16。将激光束16 沿着切割线14引导，其中，在激光束16在工件9上的相应单位长度能的 情况下在工件9中产生切割缝隙15。切割头3为此目的在切割线14上方已 经移动到一个位置中，在该位置中，激光束16到达切割线14的第一切割 位置a。如在图3中直观示出的那样，将切割头3沿着切割线14移动，其 中，使激光束16从切割位置a运动至切割位置b。由此，从切割位置a至 切割位置b产生完全分离工件9的切割缝隙15的区段15-1(实线)。切割 缝隙15的第一区段15-1在切割线14的第一区段14-1中产生。激光束16 也可以远离切割线14地刺入到工件9中，其中，切割缝隙15在本发明的 意义上仅沿着工件部分11的轮廓(即切割线14)延伸。
76.在图4中示出如下状况，其中从切割位置a至切割位置b已经完全产 生切割缝隙15的第一区段15-1。对工件9的分离加工现在被中断。激光束 16被关断，并且将切割头3移动到靠近切割位置a的一个再加工位置a
‘
中 (参见图5)。如在图4中通过箭头直观示出的那样，切割头3的移位运动 例如在切割位置b与再加工位置a
‘
之间直线地进行。再加工位置a
‘
位于再 加工线18上，其用于产生作为对工件9再加工的倒圆区34(参见图25和 26)或倒角或沉头区21(参见图23)。
77.如在图5和另外的图6至16中所示的那样，再加工线18侧向地错开 且与切割线14等距地布置。在对工件9再加工时将切割头3沿着再加工线 18移动，其中，切割头3的移位运动可以直线地或者非直线地沿着再加工 线18，如在下面还将进一步阐述的那样。工件9的再加工在再加工区22中 进行，该再加工区典型地比再加工线具有垂直于其延伸尺度的更宽的尺寸， 这在图示中未示出。再加工区22可以理解为工件9的如下区域，该区域通 过激光照射被改型。相应于再加工线18，再加工区22也沿着切割线14延 伸。切割缝隙15通过两个相互对置的切割棱边19、19
‘
限界(例如参见图 23)。
78.如在5中直观示出的那样，然后又接通激光束16，并且将切割头3沿 再加工线18(虚线)移动，其中，将激光束16从第一再加工位置a
‘
移动 至靠近切割位置b的第二再加工位置b
‘
中。在此实现工件9在再加工区22 的第一区段22-1中的再加工。
79.在图6中示出如下状况，其中工件9已经沿着切割缝隙15的整个第一 区段15-1被改型。经改型的区域或者说再加工区22的第一区段22-1以实 线示意性示出。类似于切割缝隙15的区段的产生，也区段地产生再加工区 22。
80.如在图6中直观示出的那样，现在从切割位置b出发继续分离地加工 工件9，其中，使切割缝隙15的已经产生的第一区段15-1延长至切割位置 c。
81.在图7中直观示出如下状况，其中从切割位置b至切割位置c沿着切 割线14的第二区段14-2已经产生切割缝隙15的另一区段或者说第二区段 15-2。现在中断工件9的分离加工。激光束16被关断，并且将切割头3直 线地移动到在再加工位置b
‘
上方的一个位置中，如通过箭头直观示出的那 样。
82.如在图8中直观示出地，现在又接通激光束16，并且将切割头3沿着 再加工线18移动，其中，将激光束16从再加工位置b
‘
移动至靠近切割位 置c的再加工位置c
‘
。
83.在图9中示出如下状况，其中工件9已经在再加工位置b
‘
与再加工位 置c
‘
之间沿着切割缝隙15的整个第二区段15-2在再加工区22的另一区段 或者说第二区段22-2中被改型。再加工区22的第二区段22-2延长了再加 工区22的之前产生的第一区段22-1。
84.如在图9中直观示出地，紧接着从切割位置c出发继续分离地加工工 件9，其中，将切割缝隙15的已经产生的部分延长至切割位置d。
85.在图10中直观示出如下状况，其中从切割位置c至切割位置d沿着 切割线14的第三区段14-3已经产生切割缝隙15的第三区段15-3。现在中 断工件9的分离加工。激光束16被关断，并且将切割头3移动至在再加工 线18的再加工位置c
‘
上方的一个位置用于现在随后的再加工。切割缝隙 15的第三区段15-3延长了切割缝隙15的第二区段15-2。
86.如在图11中直观示出地，现在又接通激光束16，并且将切割头3沿着 再加工线18移动，其中，将激光束16从再加工位置c
‘
移动至靠近切割位 置d的再加工位置d
‘
。
87.在图12中示出如下状况，其中工件9已经沿着切割缝隙15的整个第 三区段15-3从再加工位置c
‘
至再加工位置d
‘
在再加工区22的第三区段 22-3中被改型。再加工区22的第三区段22-3延长了再加工区域22的之前 产生的第二区段22-2。
88.如在图12中直观示出地，从切割位置d出发现在继续分离地加工工件 9，其中，将切割缝隙15的已经产生的部分延长至切割位置e。
89.在图13中直观示出如下状况，其中从切割位置d至切割位置e沿着切 割线14的第四区段14-4已经产生切割缝隙15的第四区段15-4。工件9的 分离加工被中断。切割缝隙15的第四区段15-4延长了切割缝隙15的第三 区段15-3。
90.激光束16现在被关断，并且将切割头3移动到在再加工线18的再加 工位置d
‘
上方的一个位置用于随后的再加工。
91.如在图14中直观示出地，又接通激光束16，并且将切割头3沿着再加 工线18移动，其中，将激光束16从再加工位置d
‘
移动至靠近切割位置e 的再加工位置e
‘
。
92.在图15中示出如下状况，其中工件9已经沿着切割缝隙15的整个第 四区段15-4从再加工位置d
‘
至再加工位置e
‘
在再加工区22的第四区段 22-4中被改型。再加工区22的第四区段22-4延长了再加工区22的之前产 生的第三区段22-3。
93.如在图15中直观示出地，紧接着从切割位置e出发继续分离地加工工 件9，其中，将切割缝隙15的已经产生的部分沿着切割线14的第五区段 14-5延长直至切割位置a。由此使切割缝隙15闭合并且将工件部分11由 剩余工件10切除，从而能够将其移除。在此不再对切除的工件部分11进 一步再加工，因为通过该方法在切除的工件部分11上不进行再加工。在此 产生切割缝隙15的第五区段15-5，该第五区段延长了切割缝隙15的第四 区段15-4。
94.在所有分离加工中，激光束16具有单位长度能，其如此测定，使得完 全分离工件9，即激光束16处于分离模式中。在用于产生倒圆区、倒角区 或沉头区的工件9的所有再加工中，激光束16具有单位长度能，其如此测 定，使得既不接合也不分离地加工工件9，即激光束16处于非分离模式中。 激光束16的射束轴线例如轴向平行于锥形的切割喷嘴13并且垂直地到达 工件9上。在所有分离加工中以及所有再加工中，使激光束16以其射束轴 线相对于上工件表面17不变的垂直定向对准上工件表面17。
95.工件9的再加工可以以多种方式改变。例如，再加工位置也能够如此 定位，使得工件9仅沿着切割线14的相应区段14-1至14-5的一部分或切 割缝隙15的相应区段15-1至15-5的一部分被改型，即再加工区22的相应 区段22-1至22-4不在切割线14的所属区段14-1至14-5的整个长度上延伸 或不在切割缝隙15的所属区段15-1至15-5的整个长度上延伸。例如，用 于产生再加工的方向也可以与用于产生切割缝隙15的方向相反。
96.如尤其由图16可看到地，在最后的(第五)分离工序中产生切割缝隙 15的区段15-5，其长度小于切割缝隙15的在所有之前的分离过程中产生的 区段的相应长度。通过该措施可以有利地实现，切割缝隙15的尽可能小的 部分不经受再加工。也可以是，切割缝隙15的在分离工序中产生的部分的 长度从工件部分11的切除点起例如连续增大。
97.关于工件部分11的完全再加工方面，根据本发明的方法的如下构型是 特别有利的。在此，在再加工区22的第四区段22-4中改型工件9之后、但 还在产生切割缝隙15的第五区段15-5之前、即在切除工件部分11之前沿 着切割线14的第五区段14-5在再加工位置e
‘
和a
‘
之间实施工件9的再加 工。这根据在图15中的插入注解示意地阐明。在此使再加工区域22的第 四区段22-4延长至再加工位置a
‘
。因此，再加工区域22的延长的第四区 段22-4
‘
在此延伸至再加工位置a
‘
，使得再加工区22作为闭合的长形区域 在工件部分11的整个轮廓上完全延伸。尤其，在这样的再加工中，有利地 可以在切割缝隙15的两个随后待产生的切割棱边之一或两者上、也在切割 线14的第五区段14-5的区域中产生倒角区。紧接着，通过产生切割缝隙 15的第五区段15-2切除工件部分11。
98.当然，切割线14的区段14-1至14-5或切割缝隙15的区段15-1至15-5 的数量在图2至16的构型中是示例性的并且可以更大或更小。
99.根据图2至16已经描述了方法的示例性构型，其中，以交替的顺序分 别首先进行工件9的分离加工并且紧接着进行工件9的再加工。同样也可 以是，首先产生切割缝隙15的不同区段，这些区段通过接片、尤其是微接 头或纳米接头相互隔开，其中，紧接着进行工件9的再加工。这根据图17 和18直观示出。
100.如在图17中所示地，根据本发明的方法的另一构型，首先产生切割缝 隙15的三个区段15-1、15-2、15-3，这三个区段通过接片23、在此例如微 接头或纳米接头相互隔开。为了产生切割缝隙15的区段15-1、15-2、15-3， 将激光束16分别与工件部分11的轮廓远离地刺入、首先引导到工件部分 11的轮廓处并且紧接着沿着轮廓引导。切割缝隙15沿着在图17中未进一 步示出的切割线14产生。当然，沿着工件部分11的轮廓可以设置切割缝 隙15的更大或更小数量的区段，其中，切割缝隙15的区段的数量相应于 接片23的数量。
101.如图18中直观示出地，在产生切割缝隙15的三个区段15-1、15-2、 15-3之后、在工件部分侧的切割棱边19上进行工件9的再加工，用于产生 倒圆区34、倒角或沉头区21，其中，将激光束16沿着再加工线18引导。 再加工线18与切割线14横向错开且等距地布置。再
加工线18尤其也越过 切割线14的区域延伸，在该区域中布置有接片23，即也在接片23的区域 中进行工件9的再加工。如试验已经表明的那样，在相应小设计尺寸的接 片23的情况下能够以足够的方式实现工件9的再加工，因为由此仅略微地 影响工艺气体的气体动态性。
102.在工件9的用于产生倒圆区34、倒角或沉头区21的再加工之后，切断 接片23，例如借助激光束16或者手动地切断，并且将工件部分11由剩余 工件10移除。也可以考虑，通过工件9的再加工在接片23的区域中已经 切断接片23，使得通过再加工同时实现切掉工件部分11。如果接片23构 造为具有减小高度的微接头，则这尤其可以是这种情况。
103.在产生切割缝隙15时，将激光束16始终直线地沿着工件部分11的切 割线14(轮廓)引导。在工件9的再加工中，将激光束16直线或非直线地 沿着再加工线18引导。尤其，激光束16在工件9的再加工中也可以具有 横向(垂直)于再加工线18的运动分量，其中，对初级运动叠加次级运动。 这根据图19至22直观示出。
104.在图19至22中示出沿着再加工线18引导激光束16的不同示例性的 构型。为了简单的示图而假定，再加工线18水平地从左向右延伸。激光束 16在再加工线18上的运动相应于初级运动，该初级运动叠加于具有横向(垂 直)于再加工线18的运动分量的次级运动。
105.在图19中直观示出一个变型，其中将激光束16沿着闭合的圆24(即 激光束16的闭合的轨迹区段)引导，所述轨迹区段沿着再加工线18成行 地布置。在经过相应的圆24之后，将激光束16分别直线地沿着再加工线 18移动一段距离并且然后沿着下一个圆24引导。各圆24沿着再加工线18 的方向重叠。代替圆，也可以沿着椭圆引导激光束16。激光束16的运动因 此具有直线地沿着再加工线18的运动分量以及横向于再加工线18的运动 分量。再加工区22(其由工件9的被激光束16掠过的区域产生)可以通过 该措施相对较宽地构造，尤其用于产生深和/或宽的倒角或沉头区。
106.在图20至22中分别直观示出各变型，其中将激光束16回曲形地以往 复运动沿着再加工线18引导。在此，激光束16的运动也包括横向于再加 工线18的运动分量。在图20中，激光束16的回曲形的运动构成矩形，在 图21中构成三角形(锯齿形)，而在图22中构成正弦形。这应仅示例性地 理解，其中同样地，激光束16的其它回曲形运动也是可能的。基本上，根 据本发明能实现并设置激光束16的沿着再加工线18延伸的每个回曲形的 往复运动。通过激光束16的回曲形运动也可以产生相对较宽的再加工区22， 尤其用于产生特别深和/或宽的倒角或沉头区。
107.在图23和24中直观示出倒角或沉头区21的产生。图24根据立体视 图示出：如何沿着切割缝隙15引导切割头3或激光束16，以便产生倒角或 沉头区21。如在图23的横截面视图(垂直于工件9的平面的截面)中良好 可见的那样，在通过激光束16再加工工件9时，工件部分侧的切割棱边19 与上工件表面17邻接地设有倒角或沉头区21。再加工线18相对于切割线 14侧向地(例如等距地)错开，这在图23和24中未示出。在此例如通过 多个步骤或者说再加工产生倒角或沉头区21，这些步骤或者说再加工在切 割缝隙的同一区段上实施。在第一再加工时，在包含工件部分侧的切割棱 边19的区域中照射工件部分11。再加工线18相对于切割线14侧向地(例 如等距地)朝工件部分11的方向错开。这必要时可以一次或多次地重复， 以便进一步远离工件部分侧的切割棱边19地构造倒角或沉头区21。在此不 再一起照射工件部分侧的切割棱边19。也可以考虑，首先如此照射工件部 分11，使得不包含工件部分侧的切割棱边19的区域被照射，紧接着再加工 线18朝切割缝隙15的方向不断移位，
其中最终，工件部分侧的切割棱边 19被一起照射。在工件9的用于产生倒角或沉头区21的再加工中，工件部 分侧的切割棱边19在任何情况下在对于再加工实施的步骤中被一起照射。
108.特别有利地，使激光束16在产生倒角或沉头区21时沿着切割线14回 曲地或沿着成行布置的圆或椭圆运动，如根据图19至22直观示出的那样， 由此可以明显地增大倒角或沉头区21的宽度和/或深度。
109.在图25和26中进一步阐述在工件部分11的工件部分侧的切割棱边19 上产生倒圆区34。在图25中，在通过激光束16对工件9进行再加工时使 与工件上侧35的工件表面17邻接的工件部分11的工件部分侧的切割棱边 19通过再熔化倒圆，其中，产生倒圆区34。再加工线18相对于切割线14 侧向地(例如等距地)错开布置，其中优选地，在再加工线18与切割线14 之间的最大间距为切割缝隙15的一半切割缝隙宽度加上激光束16在工件 表面17上的射束锥半径。这在图25中未示出。在图26中，在通过激光束 16对工件9进行再加工的同时使在工件下侧36上的邻接于工件表面20的 工件部分侧的切割棱边19倒圆，其中，产生倒圆区域34，并且使邻接于工 件表面17的剩余工件侧的切割棱边19
‘
平整化。再加工线18相对于切割线 14侧向地(例如等距地)错开，这在图26中未示出。
110.在图27中在垂直于工件9的平面的截面视图中示意地直观示出在工件 部分侧的切割棱边19上沿着切割缝隙15产生倒角或沉头区21或倒圆区34。 激光加工头3沿着切割缝隙15或沿着工件部分侧的切割棱边19的移位运 动根据箭头示出。加工射束26包括激光束16和工艺气体25。在产生倒角 或沉头区21或倒圆区34时形成的熔融物被工艺气体25通过切割缝隙15 驱除。
111.根据图28a至28c以及29a至29d直观示出的根据本发明的方法的构 型可以在两个步骤或可选地在三个步骤中实施，其中，在工件中制造分别 具有倒角或沉头区的孔。工件部分是剩余的工件(剩余工件)的一个区域 并且设置为用于在产生一个或多个孔(该孔分别设有倒角或沉头区)之后 从工件被切下。具有相应的倒角或沉头区的孔典型地构造在从工件要切下 的工件部分中。
112.在具有两个步骤的变型中，首先在形成废件和工件部分的情况下从工 件切出孔形槽口。废件的外轮廓和在工件部分中的孔形槽口的内轮廓通过 切割线预给定，其中，两个切割棱边中的一个是工件部分侧的切割棱边， 而两个切割棱边中的另一个是废件侧的切割棱边。紧接着，为了在工件部 分侧的切割棱边上产生倒角或沉头区而加工所述工件部分侧的切割棱边。 在具有三个步骤的变型中，首先从工件切出孔形槽口，其中，在形成废件 和工件部分的情况下产生预制孔。紧接着，为了在工件部分侧的切割棱边 上产生倒角或沉头区而加工所述工件部分侧的切割棱边。紧接着，扩大预 制孔以便产生最终孔。
113.为了更容易地参照，在第一步骤中，在工件中产生的孔称为“孔”或
ꢀ“
预制孔”，根据是否在两个步骤或三个步骤中产生分别设有倒角或沉头区 的孔而定。仅在实施三个步骤的情况下，孔表示预制孔，由该预制孔通过 扩宽产生最终孔。术语“(预制)孔”因此可以涉及在两个或三个步骤中的 方法实施。相应地，对于用于产生预制孔的切割线使用术语“预制孔切割 线”，而对于用于产生最终孔的切割线使用术语“最终孔切割线”。用于利 用三个步骤产生沉头的孔所使用的名称“预制孔”和“最终孔”仅用于区 分用于制造具有倒角或沉头区的孔的方法的不同阶段，其中，最终孔由扩 宽预制孔产生。随着在倒角或沉头部
内产生最终孔，制造完成的孔。
114.现在参照图28a至28c以及29a至29d，其中直观示出通过图1的射 束设备1的用于激光射束加工工件9的根据本发明的方法的示例性构型。 为了简化示图的原因并且因为为了充分理解本发明，分别仅结合工件9示 出切割喷嘴13以及激光束16和工艺气体25。工件9如通常那样位于工件 支架5上的水平位置中。
115.首先观察图28a至28c，其中分别在左侧视图中示意性地示出具有两 个平面的工件表面17、20的板状工件9和切割喷嘴13的竖直截面视图。 图28a至28c的右侧视图以示意的方式根据相应的俯视图示出方法步骤。 上工件表面17面向切割喷嘴13，下工件表面20背离切割喷嘴13。从切割 喷嘴13的喷嘴尖端33射出的激光束16和工艺气体25到达工件9上。激 光束16具有带有中心射束轴线27的聚焦的射束锥形状。中心射束轴线27 和因此激光束16垂直于上工件表面17定向。与激光束15同轴地，工艺气 体25从切割喷嘴13射出，其中，激光束16和工艺气体25被切割喷嘴一 起引导。加工射束26包括激光束16和工艺气体25。
116.在图28a中使切割喷嘴13从初始位置至少以竖直的运动分量朝向工件 9移动，使得切割喷嘴13与工件9具有较小的工作间距a。优选地，切割 喷嘴13与上工件表面17的工作间距a为小于2mm。激光束16的焦点位 置引起在工件9上的具有小射束直径的窄射束斑点。焦点位置和从而射束 直径如此选择，使得激光束16在工件9上的单位长度能如此大，使得激光 束16适用于切割或分离地加工工件9。
117.如在图28a中所示地，将正在切割的激光束16沿着圆形的预制孔切割 线32引导，用于产生(预制)孔28，由此产生圆形闭合的切割缝隙。由此 将横截面为圆形或盘形的废件(中心料块)从工件9完全切下。切下的中 心料块由于其自重向下掉落。通过从工件9去除中心料块，在工件9中产 生横截面为圆形的(预制)孔28。(预制)孔28的直径在工件9的平面中 测定。由(预制)孔28能够可选地在另外的方法中通过加宽其直径而产生 扩宽的孔、即最终孔29(参见图28c)。
118.圆形的(预制)孔28根据其制造方式是通孔并且贯穿工件9，其中， (预制)孔28被由工件9构成的预制孔壁38围绕，该预制孔壁连续地从 上工件表面17延伸至下工件表面20。在上工件表面17上，(预制)孔28 被圆形的上(预制)孔切割棱边30包围，在下工件表面20上，(预制)孔 28被圆形的下(预制)孔切割棱边31包围。两个(预制)孔切割棱边30、 31分别是(预制)孔壁38的一部分。在图28a中基于更清楚的示图相对 较远间隔开地示出(预制孔)切割线32和上(预制)孔切割棱边30，其中 当然，这在实践中不必须是这种情况。圆形的(预制)孔28关于其中心轴 线46(参见图28b)径向对称地构造。在工件9的平面中，关于(预制) 孔28及其中心轴线46限定径向方向。
119.可选地可以给所述方法补充一个步骤，该步骤在切割(预制)孔28之 前实施。如果要制造具有至少7mm直径的(预制)孔28和/或存在至少4mm 的工件9厚度，则优选地使用该步骤。在此，将随后在其轮廓上要切下的 中心料块通过一个或多个切割缝隙分割为更小的部分，由此总是可以实现： 中心料块可靠且安全地向下从工件9掉落并且切下的(预制)孔16总是空 的。例如在要切下的中心料块的区域中引入交叉的切割缝隙，必要时通过 螺旋形切割缝隙的重叠。用于分割中心料块的可能方法例如在文献us 8716625b2中描述。
120.在产生圆形的(预制)孔28之后，产生与(预制)孔28同心的圆形 的倒角或沉头区21。这还根据图28b直观示出。
121.对于倒角或沉头区21的产生，切割喷嘴13与第一工件表面17具有相 对较大的工作间距a，其中，工件9位于激光束16的扩散区域中，这导致 在工件9上的具有大射束直径的宽射束斑点。切割头3或切割喷嘴13为此 目的至少以竖直的运动分量从工件9移开，使得与产生(预制)孔28相比， 在切割喷嘴13与第一工件表面17之间存在更大的工作间距a。用于制造 倒角或沉头区21的工作间距a例如比用于产生(预制)孔28的工作间距 a至少大6倍、尤其至少大10倍并且优选地为至少30mm、特别优选地至 少40mm并且尤其约50mm，其中，优选30mm至50mm的范围。相应地， 在工件9上的射束斑点和射束直径更大。例如在工件9上射束斑点的横截 面面积至少大6倍、尤其至少大10倍。激光束16的焦点远远地位于工件9 上方。激光束16的焦点位置和射束直径如此选择，使得激光束16在工件9 上的单位长度能较小，并且激光束16仅产生倒角或沉头区21并且在此不 穿透工件9(非分离加工)。激光束16处于非切割模式下。
122.在产生倒角或沉头区21时，使非切割的激光束16在平行于工件支架5 的平面的(水平)平面中运动，其中，使激光束16沿着至少一个倒角或沉 头部生成线44运动。至少一个倒角或沉头部生成线44与(预制孔)切割 线32同心地并且沿着上(预制)孔切割棱边30延伸，其中，倒角或沉头 部生成线44例如相应于上(预制)孔切割棱边30或者优选地为此进一步 径向向外偏移。这意味着：倒角或沉头部生成线44具有这样的直径，其等 于或优选大于上(预制)孔切割棱边30的直径。
123.为了产生倒角或沉头区21可以设置唯一的倒角或沉头部生成线44，其 中，使激光束16沿着倒角或沉头部生成线44一次或多次地移动，用于产 生倒角区21。优选地，使激光束16沿着倒角或沉头部生成线44多次地移 动，用于产生倒角或沉头区21(典型地，切割喷嘴13移过2至20次)。倒 角或沉头部生成线44与上(预制)孔切割棱边30的偏移(即径向间距) 优选地为至少0.5mm、特别优选地为至少1mm并且尤其2mm。倒角或沉 头部生成线44必须如此布置，使得产生的倒角或沉头区21直接邻接于(预 制)孔28，即通到(预制)孔28中。
124.对于倒角或沉头区21的产生也可以设置多个倒角或沉头部生成线44， 其中，使激光束16沿着倒角或沉头部生成线44中的每一个一次或多次地 移动，用于产生倒角或沉头区21。优选地，使激光束16沿着倒角或沉头部 生成线44中的每一个多次地移动，用于产生倒角或沉头区21(典型地，切 割喷嘴13移过2至20次)。多个倒角或沉头部生成线44相对彼此同心地 布置。倒角或沉头部生成线44与上(预制)孔切割棱边30的偏移或者两 个直接相邻的倒角或沉头部生成线44之间的偏移(即径向间距)优选地为 0.25mm至1mm。因此，两个直接相邻的倒角或沉头部生成线44的直径增 大优选地为0.5mm至1mm。倒角或沉头部生成线44必须如此布置，使得 产生的倒角或沉头区21直接邻接于(预制)孔28，即通到(预制)孔28 中。
125.在图28b中示意地通过箭头直观示出激光束16沿着绕着(预制)孔 28的中心轴线46的至少一个倒角或沉头部生成线44的圆运动。
126.也可以考虑，使激光束16沿着螺旋形构造的倒角或沉头部生成线44 移动，用于产生倒角或沉头区21。优选地，在相应地完整的回转中实现螺 旋形轨迹的半径从0.25mm至1mm的增大。在达到目标直径之后有利的是， 多次移过该目标直径。在这种情况下也必须如此布置倒角或沉头部生成线 44，使得产生的倒角或沉头区21直接邻接于(预制)孔28，即通到(预制) 孔28中。
127.倒角或沉头区21是工件9在第一工件表面17上的凹部。倒角区21同 心地围绕(预制)孔28，其中，倒角或沉头区21从(径向的)外倒角或沉 头部边缘42出发，从上工件表面17起向工件9内延伸至(径向的)内倒 角或沉头部边缘43，但未延伸至下工件表面20，即倒角或沉头区21未在 工件部分的整个厚度上延伸。内倒角或沉头部边缘43因此位于上工件表面 17与下工件表面20之间。
128.外倒角或沉头部边缘42限定为工件9的如下区域，在该区域上倒角或 沉头区21开始朝向工件9内部加深。内倒角或沉头部边缘42限定为工件9 的如下区域，在该区域上倒角或沉头区21过渡到(预制)孔28的剩余部 分中，其中，内倒角或沉头部边缘42由(预制)孔壁38构成。倒角或沉 头区21的侧面45从外倒角或沉头部边缘42延伸至内倒角或沉头部边缘43。
129.在径向方向上，倒角或沉头区21可以自由选择地设有限定的横截面形 状。尤其，焦点位置和从而射束直径可以在产生倒角或沉头区21期间变化， 以便有针对性地调整倒角或沉头区21的深度和/或横截面形状。在工件9 上的射束直径减小时，倒角或沉头区21变深，即倒角或沉头区21的侧面 45变得更陡，相比之下，如果在工件9上的射束直径增大，则倒角或沉头 区21变得更平坦，即倒角或沉头区21的侧面45变得不太陡。在图28b中 示例性地示出具有约45
°
斜度的倾斜侧面45的倒角或沉头区21，其中，更 大或更小的侧面斜度也是可能的。
130.倒角或沉头区21原则上可以以任意方式使用，其中，该倒角或沉头区 在该实施例中优选地设置为用于接收埋头螺栓的头。优选地，径向最外侧 的倒角或沉头部生成线44为了产生倒角或沉头区21而具有如下直径：该 直径略小于要布置在倒角或沉头区21中的埋头螺栓的头的最大直径。倒角 或沉头部生成线44的数量与(预制)孔28的直径有关或者与要装入的螺 栓的螺纹直径和倒角或沉头区21的期望深度有关。一般，对于用于接收具 有米制螺纹大小m3至m6(即在3至6mm的(预制)孔28的直径情况下) 的埋头螺栓的(预制)孔28需要切割喷嘴13至少两次移过同一倒角或沉 头部生成线44，其中，该移过的典型数量在2至25之间。对于具有米制螺 纹大小m8至m12的埋头螺栓，移过的次数一般为至少5、优选地至少10 并且典型地位于10至25之间。作为工艺气体，在产生倒角或沉头区21时 例如使用氧气(o2)，其具有例如小于5bar的气压，该气压尤其为2至3.5bar 之间。切割喷嘴13在产生倒角或沉头区21时的进给速度优选地为至少 4m/min并且激光束16的激光功率优选地为至少1500w。
131.通过(预制)孔28可以使在产生倒角或沉头区21时形成的熔融物(残 渣)有利地非常好地向下流出，并且因此可以防止：熔融物到达工件9的 上工件表面17上并且在那里固化并形成毛刺。该毛刺不但妨害倒角或沉头 区21的随后使用，而且可能需要对倒角或沉头区21进行费事的再加工， 而且在最糟糕的情况下也可能导致与切割喷嘴13的碰撞。通过对在产生(预 制)孔28时要切下的中心料块的可选择的分割可以总是确保：(预制)孔 28是空的，并且在产生倒角或沉头区21时积累的熔融物可靠且安全地借助 工艺气体通过(预制)孔28被驱除。这是本发明的一大优点。
132.同样地，熔融物可能在(预制)孔壁38上、尤其也在下(预制)孔切 割棱边31的区域中沉积并且在冷却之后形成毛刺37，如在图28b中直观 示出的那样。然而，该毛刺37有利地在为了产生最终孔29(参见图28c) 而可选择地扩宽(预制)孔28时被一起去除，从而可以产
生具有无毛刺的 最终孔壁39的最终孔29。如果执行这种另外的步骤，则到目前为止产生的 孔28构成“预制孔”，其在其直径上被扩宽成最终孔29。
133.此外，描述为了产生最终孔29而对孔或预制孔28的直径进行可选择 的扩宽：
134.在此，在产生倒角或沉头区21之后扩宽预制孔28或扩宽在产生倒角 或沉头区21之后的该预制孔的剩余部分，这还根据图28c直观示出。
135.为了增大预制孔28的直径，类似于产生预制孔28，在切割模式下使用 激光束16。在此，切割喷嘴13具有与第一工件表面17相对较小的工作间 距a，这导致在工件9上的具有小射束直径的窄射束斑点。切割头3或切 割喷嘴13为此目的至少以竖直的运动分量朝向工件9移动，使得与产生倒 角或沉头区21相比，在切割喷嘴13与第一工件表面17之间存在更小的工 作间距a。激光束16的焦点位置和从而射束直径如此选择，使得在激光束 16的工件9上的单位长度能相对较大并且在此穿透工件9(分离加工)。
136.在扩宽预制孔28时，将正在切割的激光束16沿着圆形的最终孔切割 线37引导，由此产生圆形闭合的切割缝隙。最终孔切割线37与预制孔切 割线32同心地并且为此径向向外间隔开地布置，即具有比预制孔切割线32 更大的直径。最终孔切割线37在径向方向上位于预制孔切割线32与外倒 角或沉头部边缘42之间，具有如下标准：除去侧面45的径向区域，但不 是整个侧面45，即倒角或沉头区21部分地保留。最终孔29因此在倒角或 沉头区21内产生。在扩宽预制孔28时，从工件9完全切下横截面为空心 柱形的盘。该盘由于其自重向下掉落，从而该盘从工件9被除去。
137.通过扩宽预制孔28，在工件9中产生横截面为圆形的最终孔29，该最 终孔具有比预制孔28更大的直径。最终孔29被由工件9构成的最终孔壁 39包围并且从上最终孔切割棱边40(其位于上工件表面17与下工件表面 20之间)延伸至下最终孔切割棱边41，该下最终孔切割棱边由下工件表面 20形成。最终孔29的直径d优选地位于0.5至2mm之间并且尤其大于之 前产生的预制孔28的直径约1mm。这能够实现：将在预制孔壁38上和在 下工件表面20上在下预制孔切割棱边31的区域中附着的毛刺37可靠且安 全地去除。
138.优选地，在为了产生最终孔29而对预制孔28扩宽时使用脉冲式激光 束16。这能够有利地实现，工件9在产生最终孔29时不太强地变热，使得 工件9的金属材料在加工部位处更牢固并且产生清楚限定的或尖锐的下最 终孔切割棱边41，其使得在扩宽预制孔28时熔融物的流下变得容易。该措 施为此有助于防止：熔融物主要沉积在下工件表面20上并且在那里形成毛 刺。
139.优选地，使用这样的脉冲式激光束16，其具有至少200w的平均功率 和至少2000w的脉冲峰值功率以及在10hz至200hz之间的脉冲频率。视 工件材料和期望的棱边质量而定，可以使用氮气(n2)、压力空气或氧气(o2) 作为工艺气体。
140.如在图28c中所示地，有利的是，切割喷嘴13为了产生最终孔29而 如此远地向下移动，使得切割喷嘴13沉入到倒角或沉头区21中，即喷嘴 尖端33位于上工件表面17下方或者通过上工件表面17限定的平面下方。 这具有特别的优点：不但激光束16而且工艺气体25在工件9上的冲击部 位处不太强地扇形展开使得可以更准确地切割并且能够制 造具有特别高精度的最终孔29。由此还防止：在产生最终孔29时形成的熔 融物沉积在上工件表面17上并且在那里形成毛刺。此外，熔融物能够通过 特别强地聚焦的工艺气体25特别高效地通过预制孔28被驱除，从而也抵 抗熔融物在上工件表面17上的沉积。这是
能够通过该措施实现的大的优点。
141.有利地，(预制)孔28以及最终孔29具有如下直径，该直径等于或小 于工件9的工件厚度。通过根据本发明的方法也可以制造具有倒角或沉头 部的非常小的孔。
142.现在参照图29a至29d，其中以示意的方式直观示出用于通过图1的 射束设备1激光束加工工件9的根据本发明的方法的另一示例性构型。图 28a、28b和28c的方法步骤相应于图29a、29b和29c的方法步骤，其中， 为了避免不必要的重复而参照对图28a、28b和28c的上述阐述。根据图 29a至29d直观示出的根据本发明的方法的构型与根据图28a至28c直观 示出的构型的区别仅在于图29c的方法步骤。
143.因此，在时间上在产生倒角或沉头区21(图29b)之后和在扩宽预制 孔28以产生最终孔29(图29d)之前通过气态或液态的冷却介质实现对倒 角或沉头区21和预制孔28(或者预制孔28的剩余部分)的主动冷却。如 在图29c中直观示出的那样，为此目的，有利地使用工艺气体25，其中， 关断激光束16。在工件9上的冲击部位典型地被加载以具有在2至20bar 范围中的(初始)气压的工艺气体。膨胀的工艺气体因此导致金属工件9 的非常有效的冷却，其中，要冷却的工件9越热，则冷却的效果越好。通 过主动冷却，使工件9的金属材料更牢固，从而精确地限定下预制孔切割 棱边31，这使得熔融物通过预制孔28的流下变得容易。该措施也有助于， 能够非常准确地调整最终孔29的几何结构。此外可以抵抗毛刺在下工件表 面20上的附着。
144.如上所述，通过如根据图28a-28c和29a-29d直观示出的方法也可以 代替倒角或沉头区而在工件部分侧的切割棱边上产生倒圆区。
145.示例1：
146.借助激光束制造用于具有米制螺纹大小m3-m6的埋头螺栓的倒角或 沉头区。
147.首先切出具有如下直径的预制孔，该直径比埋头螺栓的平均芯孔直径 小约1mm，使得在下一步骤中在产生倒角或沉头区时积累的熔融物可通过 预制孔被驱除。
148.随后，借助切割喷嘴与上工件表面的大的间距(约50mm)和点燃的激 光束移过具有5mm至15mm直径的圆形倒角或沉头部生成轨迹，其中，作 为工艺气体使用氧气(o2)。移过的次数与要引入的倒角或沉头区的深度有 关，其中，一般实施2至25次的移过。由此产生用于埋头螺栓的头的倒角 或沉头区。替代地移过螺旋形的轨迹。
149.然后，通过以脉冲运行使用的激光束按标准尺寸切割预制孔，其中， 最终孔的直径大于预制孔的直径约1mm。由此可以可靠地去除附着在预制 孔中并且尤其在下工件表面上的、在下预制孔切割棱边区域中的熔渣。有 利的切割参数：脉冲式平均激光功率(脉冲频率10hz)：400w，脉冲峰值 功率：3000w或者6000w，进给：0.1m/min，切割喷嘴与上工件表面之间 的间距：1.2mm，工艺气体的气压：3.3bar。
150.示例2：
151.借助激光束制造用于具有米制螺纹大小m8-m12的埋头螺栓的倒角或 沉头区。
152.在切割预制孔之前实施中心料块的分割，其方式是：将呈具有重叠螺 旋形的交叉形状的切割缝隙引入到要切下的中心料块中。由此确保：预制 孔的中心料块可靠地下落并且因此预制孔总是空的，从而在倒角或沉头部 产生时积累的熔融物可以通过预制孔被驱除。然后，切割具有如下直径的 预制孔，该直径小于埋头螺栓的平均芯孔直径约1mm。
153.随后，借助切割喷嘴与上工件表面的大的间距(约50mm)和点燃的激 光束移过具
有10mm至15mm的直径的圆形倒角或沉头部生成轨迹，其中， 作为工艺气体使用氧气(o2)。移过的次数与要引入的倒角或沉头区的深度 有关，其中，一般实施10至25次的移过。由此产生用于埋头螺栓的头的 倒角或沉头区。替代地移过螺旋形的轨迹。
154.然后，通过以脉冲运行使用的激光束按标准尺寸切割预制孔，其中， 最终孔的直径大于预制孔的直径约1mm。有利的切割参数：脉冲式平均激 光功率(脉冲频率10hz)：400w，脉冲峰值功率：3000w或者6000w，进 给：0.1m/min，切割喷嘴与上工件表面之间的间距：1.2mm，工艺气体的 气压：3.3bar。
155.示例3：
156.借助激光束在8mm的结构钢中制造用于具有米制螺纹大小m8的埋头 螺栓的倒角或沉头区。
157.在切割预制孔之前实施中心料块的分割，其方式是：将呈具有重叠螺 旋形的交叉形状的切割缝隙引入到要切下的中心料块中。作为工艺气体使 用氧气(o2)、氮气(n2)或压缩空气。然后切割具有8mm直径的预制孔， 该直径小于埋头螺栓的平均芯孔直径约1mm。
158.随后，借助射束喷嘴与上工件表面的大的间距(约50mm)和点燃的激 光束移过具有12.6mm的直径的圆形倒角或沉头区生成轨迹，其中，作为工 艺气体使用氧气(o2)。进行17次的移过，其中，在板材中产生14mm直 径且4.4mm至4.5mm深度的倒角或沉头区。替代地移过螺旋形的轨迹。有 利的激光参数：激光功率：4000w，进给：10m/min，切割喷嘴与上工件表 面之间的间距(a)：50mm，工艺气体的气压：3.3bar，焦点直径： 210μm/150μm。
159.然后，通过以脉冲运行使用的激光束按标准尺寸切割9mm直径的预制 孔，其中，作为工艺气体使用氧气(o2)。有利的切割参数：脉冲式平均激 光功率(脉冲频率10hz)：400w，脉冲峰值功率：4000w，进给：0.7m/min， 射束喷嘴与上工件表面之间的间距(a)：0.7mm，工艺气体的气压：17bar， 焦点直径：210μm。
160.通过根据本发明的方法的上述构型可以在工件或工件部分中以简单和 成本有利的方式以高的精度和质量高效地制造孔，该孔分别具有倒角或沉 头区。具有倒角或沉头区的孔可以分为两个步骤制造，其中，在第一步骤 中，在工件中制造孔，紧接着是第二步骤，在该第二步骤中，构造绕着孔 的倒角或沉头区(环绕的倒角或沉头区)。可选地可以添加第三步骤，其中， 制造具有倒角或沉头区的孔则包括三个步骤：在第一步骤中，在工件中制 造孔，该孔构成预制孔；紧接着是第二步骤，在该第二步骤中，构造绕着 预制孔的倒角或沉头区(环绕的倒角或沉头区)；紧接着是第三步骤，在该 第三步骤中，加宽预制孔的直径，使得产生最终孔。
161.在图30a和b中示例性地示出切割喷嘴13的定位，切割喷嘴13将激 光束16和工艺气体25一起引导。在图30a中，切割喷嘴13与工件9具有 较小的间距，使得加工射束处于分离模式中并且可以产生切割缝隙15。在 图30b中，切割喷嘴13与工件9具有较大的间距，使得加工射束处于非 分离模式中，并且可以在切割缝隙15的两个切割棱边之一上产生倒角或沉 头区21(替代地是倒圆区)。
162.在图31中示出根据本发明的方法的流程图。该方法包括至少两个逐步 的步骤。
163.在此，在步骤i(第一加工步骤)中以沿着切割线引导的第一加工射束 加工工件，由此在工件上产生贯穿工件厚度的切割缝隙，该切割缝隙在其 长度上沿着切割线延伸并且在其宽度上通过工件中的两个切割棱边限界。
164.紧接着，在步骤ii(第二加工步骤)中以第二加工射束加工工件，将该第二加工射束沿着再加工线或区引导，该再加工线或区与两个切割棱边之一平行错开地延伸，由此在工件上在该切割棱边的区域中产生倒圆区或者倒角或沉头区。
165.如由上述描述得出的那样，本发明提供一种新型的用于加工工件的方法，在该方法中，倒圆区或者倒角或沉头区能够以简单、可靠和快速的方式在还与剩余工件连接的工件部分的工件部分侧的切割棱边上或在通过由工件切下废件而形成的工件部分侧的切割棱边上产生。这使得可以省去对切掉的工件部分的机械再加工，从而可以更简单、更快速和成本更有利地制造具有倒圆区、倒角区或沉头区的工件部分。根据本发明的方法在已经存在的激光束加工设备中的实施能够以简单的方式实现，而无需为此设置费事的技术措施，而是能够仅通过介入到机器控制装置中通过根据本发明的方法实现对工件的期望的激光束加工。
166.附图标记列表
167.1激光加工设备
168.2激光切割装置
169.3切割头
170.4工作台
171.5工件支架
172.6横梁
173.7引导滑块
174.8激光束源
175.9工件
176.10剩余工件
177.11工件部分
178.12控制装置
179.13切割喷嘴
180.14切割线
181.14-1、14-2、14-3、14-4、14-5切割线的区段
182.15切割缝隙
183.15-1、15-2、15-3、15-4、15-5切割缝隙的区段
184.16激光束
185.17上侧的工件表面
186.18再加工线
187.19、19
‘
切割棱边
188.20下侧的工件表面
189.21倒角或沉头区
190.22再加工区
191.22-1、22-2、22-3、22-4、22-4
‘
再加工区的区段
192.23接片
193.24圆
194.25工艺气体
195.26加工射束
196.27射束轴线
197.28(预制)孔
198.29最终孔
199.30上(预制)孔切割棱边
200.31下(预制)孔切割棱边
201.32(预制孔)切割线
202.33喷嘴尖端
203.34倒圆区
204.35工件上侧
205.36工件下侧
206.37毛刺
207.38(预制)孔壁
208.39最终孔壁
209.40上最终孔切割棱边
210.41下最终孔切割棱边
211.42外倒角或沉头部边缘
212.43内倒角或沉头部边缘
213.44倒角或沉头部生成线
214.45侧面
215.46中心轴线